化学竞赛试题.docx

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化学竞赛试题

对称性和VSEPR

A组

B组

．IO65－中的I是采用何种形式杂化

Ad2sp3Bsp3dCdsp3Dsp3d2

．下列分子或离子为平面四边形构型的是

AICl4BClO4－CBrF4＋DSF4

．ClO3F的结构属于

A线型B平面四边C平面三角D四面体

．XeF2和PCl5两种分子没有极性，而XeO3分子则是极性分子，试画出这三种分子的结构。

．磷的氯化物有PCl3和PCl5，氮的氯化物只有NCl3，为什么没有NCl5？

白磷在过量氯气（其分子有三种不同的相对分子质量）中燃烧时，其产物共有几种不同分子。

．在立方体中找出4根三重轴，3根四重轴和9个镜面。

C组

．HCN和CS2都是直线型分子，请写出它们的对称元素。

．写出H3CCl分子中的对称元素。

．写出三重映轴S3和三重反轴I3的全部对称操作。

．写出四重映轴S4和四重反轴I4的全部对称操作。

．写出σxz和通过原点并与x轴重合的C2轴的对称操作C21的表示矩阵。

．用对称操作的表示矩阵证明：

（a）C21（x）σxy＝i（b）C21（x）C21（y）＝C21（x）（c）σyzσxz＝C21（x）

．写出ClHC＝HCl（反式）分子的全部对称操作及其乘法表。

．写出下列分子所归属的点群：

HCN，SO3，氯苯（C6H5Cl），苯（C6H6），素（C10H8）。

．判断下列结论是否正确，说明理由。

（a）凡直线型分子一定有C∞轴。

（b）甲烷分子有对称中心。

（c）分子中最高轴次（n）与点群记号中的n相同（例如C3h中最高轴次为3）。

（d）分子本身有镜面，它的镜像和它本身全同。

．联苯C6H5－C6H5有三种不同构象，两苯环的二面角（α）分别为：

（a）α＝0（b）α＝90o，（c）0＜α＜90o，试判断这三种构象的点群。

．SF5Cl分子的形状和SF6相似，试写出它的点群。

．画一立方体，在8个项角上放8个相同的球，写明编号。

若：

（a）去掉2个球，（b）去掉3个球。

分别列表指出所去掉的球的号数及剩余的球构成的图形所属的点群。

．判断一个分子有无永久偶极矩和有无旋光性的标准分别是什么？

．作图绘出Ni（en）（NH3）2Cl2可能的异构体及其旋光性。

．由下列分子的偶极矩数据，推测分子的立体构型及其点群。

（a）C3O2（μ＝o）（b）SO2（μ＝25.40×10－30C·m）

（c）N≡C－C≡N（μ＝0）（d）H－O－O－H（μ＝6.9×10－30C·m）

（e）O2N－NO2（μ＝0）（f）H2N－NH2（μ＝6.14×10－30C·m）

（g）H2N－

－NH2（μ＝5.34×10－30C·m）

．指出下列分子的点群、旋光性和偶极矩情况：

（a）H3C－O－CH3（b）H3C－CH＝CH2

（c）IF5（d）S8（环形）

（e）ClH2C－CH2Cl（交叉式）（f）

．下表列出4对化学式相似或相同但偶极矩不同的化合物，试阐明每一对中两个化合物在几何构型上的主要差异。

．已知

－Cl的偶极矩为5.17×10－30C·m，

－CH3的偶极短为－1.34×10－30C·m。

试推算邻位（o－）、间位（m－）和对位（p－）的C6H4ClCH3的偶极矩，并与实验值（4.15×10－30，5.94×10－30和6.34×10－30）C·m相比较。

．水分子的偶极矩为6.17×10－30C·m，而F2O的偶极短只有0.90×10－30C·m，它们的键角值很相近，试说明为什么F2O的偶极短比H2O的偶极矩小很多。

．试判断硝酸根和亚硝酸根离子中O－N－O的键角？

．POCl3是一个不规则的四面体结构，其中P原子处于中心。

Cl－P－Cl键角是103.5°。

试对该结构偏离正四面体结构给出定性的说明？

．八面体配位的Fe（C2O4）32－有哪些异构体？

属什么点群？

旋光性情况如何？

．利用下表所列化学键的摩尔折射度数据计算CH3COOH分子的摩尔折射度R。

实验测得醋酸的折射率n为1.3718，密度d为1.046g·cm－3，根据这些实验数据计算R的实验值，并与理论计算值比较。

．用C2v群的元进行相似变换，证明4个对称操作分四类。

［提示：

选群中任意一个操作为S，逆操作为S－1，对群中某一个元（例如C21）进行相似变换，若S－1C21S＝C21，则Cl21自成一类。

］

．用C3v群的元进行相似变换，证明6个对称操作分3类。

．试述红外活性的判据。

．试述Raman活性的判据。

．将分子或离子：

Co（en）33＋，NO2＋，FHC＝C＝HF，（NH2）2CO，C60，丁三烯，B（OH）3，N4（CH2）6等按下列条件进行归类：

（1）既有极性又有旋光性；

（2）既无极性又无旋光性；

（3）无极性但有旋光性；

（4）有极性但无旋光性。

．根据电子对间相互排斥和中心原子的杂化轨道理论说明下列各分子或离子的键角：

①Cl2O②）ClO2③Cl2O7I3－

．写出CH3＋、C5H5N、Li4（CH3）4、H2C＝C＝C＝CH2、椅式环乙烷、XeOF4等分子所属的点群。

．正八面体6个顶点上的原子有3个被另一种原子取代，有几种可能的方式？

取代产物各属于什么点群？

取代产物是否具有旋光性和仍极矩？

．利用价电子对互斥理论说明下列分子的形状：

XeF4，XeO4，XeO3，XeF2和XeOF4。

．写出下列各物质的电子点阵式，并说明其分子的几何结构。

①ICl3；②XeF2

．利用价电子对互斥理论说明AsH3，ClF3，SO3，SO32－，CH3＋和CH3－等分子和离子的几何形状，并指出哪些分子有偶极矩。

．画出下列分子中孤对电子和键对电子在空间的排布图：

（a）IC12－，N2O；（b）H3O＋，BrF3，NF3；（c）ICl4＋，IF4＋，SbF4－，XeO2F2；（d）IF5，XeF5＋。

．对下列分子和离子：

CO2，NO2＋，NO2，NO2＋，SO2，ClO2，O3等，判断它们的形状，指出中性分子的极性，指出每个分子和离子的不成对电子数。

．已知硫和氯以不同的性质形成S2Cl2、SCl2和SCl4。

试画出这些分子的Lewis结构式，并用VSEPR理论预测它们的形状？

．PCl5有三角双锥形结构，而IF5有正方锥形结构。

试说明造成这种差异的原因？

．试判断I3－的结构？

．求算下面各物质中中心原子的VSEPR数分别为多少（提示：

首先画出它们的Lewis结构）？

（1）SO2

（2）SO3（3）SO32－（4）SO42－（5）SF6（6）S32－

．指出下面各物质的VSEPR数、形状和键角？

（1）XeF4，

（2）XeO3，（3）XeF2

．下列哪些分子或离子是直线形的（即所有键角为180°）

（1）OF2

（2）HCN（3）H2S（4）CO2（5）IF2－

．下面哪些分子或离子具有弯曲构形？

（1）BeCl2

（2）HOCl（3）HO2－（4）NH2－（5）N3－

．下面哪些分子或离子是平面形？

（1）BF3

（2）XeO4（3）NO3－（4）C2H2（5）HN3

．下列哪些分子或原子有偶极矩？

（1）CH2Cl2，

（2）顺－C2H2Cl2（3）反－C2H2Cl2（4）CH2CCl2（5）SF4（6）XeF4（7）C2F4（8）H2SO4（9）NH4＋（10）N2H4（11）NCl3

．如果不考虑氢原子，你认为下列分子或原子中哪些是平面的结构？

（1）CH3CHCHCl，

（2）HNO3，（3）H2PO4－，（4）SOCl2，（5）C6H5OH（苯酚）

．填表：

分子或离子

NO2

SO3

NH4＋

TeCl4

IF5

中心原子杂化类型

中心原子孤电子对数

分子中σ键数

分子中π键数

分子形状

．画出下列分子的点电子图，以及相同结构的一种离子的点电子图，即与分子具有相同的几何构形和同数目的共享电子和未共享电子。

（1）CH4

（2）F2（3）HNO3（4）CF4（5）He

（6）NH3（7）SO2（8）N2O4（9）N2（10）CS2

．已知ClO3－、SO32－、IO3－、BrO3－、XeO3互为等电子体，为什么不包括PO33－在内？

．已知NO3－、CO32－互为等电子体，为什么不包括SiO32－、PO33－？

．试讨论含22个价电子的C2O22－、N2O2、CO3、N2S2系列分子与离子的结构式。

．下列分子和离子中原子的连接顺序如下：

（1）F－N－O，

（2）N－S－F，（3）H－N－C－N－H，（4）H－N－C－O，

（5）H－C－N－O，（6）S－C－N－CH3，（7）S－C－N－SiH3，

（8）H－N－N－N，（9）

，（10）

，

（11）

，（12）

，（13）

写出它们的结构式，说明分子的几何构型和分子所属的点群。

．试用价层电子对互斥理论，判断下列分子或离子的空间构型：

SO42－、SF2，SF4，XeF4，NO2，NO2－，PCl4＋，AsF5，AlF63－，SbF52－。

．推测二氧化硫、氯酸根离子、五溴化磷、六水合铝（Ⅲ）离子四种物质的形状（几何构型），并画出各自的示意图。

预测的“理想”角度，若可能有偏差，用＞或＜以及相应的角度（以度表示）标出键角。

．PCl5分子为三方双锥形结构。

（l）指出分子所属的点群和P原子所用的杂化轨道，是否要求全部P－Cl键等长？

（2）若用VSEPR方法判断P－Cl键的键长，是三重轴上键长较赤道上长还是短？

（3）晶态时五氯化磷由[PCl4]＋[PCl6]－组成，试解释是什么因素起作用？

．写出下列分子和离子的中心原子所用的杂化轨道、几何构型，估算中心原子和配位原子间的键长，判断它们的磁性。

（a）Ni（CO）4（b）Ni（CN）42－（c）NiCl42－（d）PtCl42－

（e）ICl4－（f）BeF42－（g）SbF4－（h）SF4

．确定某些分子的结构。

VSEPR（价电子对互斥）理论认为，价电子所取的排列必是价电子对（键合和非键合）间斥力最小的构型。

（1）比较CCl4、SCl4及XeF4分子的几何构型：

①指出每种分子中围绕着中心原子的排列的价电子对数。

②画出各种分子的一种（或几种）的可能结构。

③若某分子有几种可能构型，根据价电子对斥力：

（孤对电子－孤对电子）＞（成键电子－成键电子）的关系，指出其实际构型。

（2）比较BeCl2、SnCl2、H2S及XeF2诸分子的几何构型，并回答与第

（1）问中相同的问题。

（3）比较磷的卤化物：

①指出并判断PX3分子的构型（X＝F、Cl、Br、I）。

②给出X－P－X的最大键角值。

③基于和磷相连卤素原子的体积，指出X－P－X键角随X＝F、Cl、Br及I的改变。

④PH3中H－P－H键角比卤化磷中X－P－X键角小，请解释。

．许多分子的几何构型可通过在立方体的中心、面心和顶点上放置原子来理解。

下图示出一些分子的结构：

（a）P4，As；（b）CH4，CX4（X＝F，Cl，Br，I），SiF4；（c）Li4（CH3）4；（d）（CH2）6N4，P4O6；（6）（CH2）6（CH）4（金刚烷）；（f）SF6。

（1）写出这些分子所具有的全部对称元素和所属的点群；哪些分子有对称中心？

（2）讨论分子中化学键的性质。

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

．下图示出氙的氟化物和氧化物的分子（或离子）结构。

（1）根据VSEPR理论及图形，指出分子的几何构型的名称和所属点群；

（2）Xe原子所用的杂化轨道；

（3）Xe原子的表现氧化态；

（4）已知在XeF2·XeF4加合物晶体中，两种分子的几何构型与单独存在时的几何构型相同，而不变成XeF3，从中说明什么问题。

图中：

（a）XeO4，（b）XeO3，（c）XeO2F2，（d）XeO3F2，（e）XeOF3＋，（f）XeOF4，（g）XeF64＋，（h）XeO64＋，（i）XeF4，（j）XeF6．（k）XeF5－，（i）XeF5－，（m）XeF2，（n）Xe2F3＋，（o）XeF82－

．

（1）尽管锡和碳一样也能生成四氯化物——SnCl4，然而锡又不同于碳，配位数可以超过4。

画出SnCl4两种可能的立体结构。

（2）SnCl4作为路易斯酸可以跟像氯离子或氨基离子那样的路易斯碱反应。

已经知道它跟氯离于有如下两个反应：

SnCl4＋Cl－→SnCl5－；SnCl5－＋Cl－→SnCl62－

画出SnCl5－的三种可能的立体结构。

（3）用价层电子对互斥理论（VSEPR）预言SnCl5－最可能的是哪一种结构。

（4）画出SnCl62－的三种可能的立体结构。

（5）用价层电子对互斥理论（VSEPR）预言SnCl62－最可能的是哪一种结构。

（6）用负离子电子溅射质谱（ESMS）测定了一种含有SnCl62－离子的（四丁基胺盐）溶液。

图谱（下图）显示，在m/z＝295处出现一个单峰。

你可以假定被测定的只是核素120Sn和35Cl。

写出用此方法检出的含锡物种的化学式。

（7）用负离于电子溅射质谱（ESMS）测定了一种含SnBr62－离子的溶液（例如它的四丁基胺盐溶液）。

图谱（上图）显示，在m/z＝515处出现一个单峰。

你可以假设在这种物种里只有120Sn和79Br。

写出用这种方法检出的含锡物种的化学式。

（8）然而，用负离子电子溅射质谱（ESMS）测定等物质的量的SnCl62－和SnBr62－的混合物（它们的四丁基胺盐），其中含有6种主要物种。

分别写出4种新物种的各自的化学式：

m/z＝339；m/z＝383；m/z＝427；m/z＝471。

（9）质子1H和13C核磁共振谱可以用来检测处在不同化学环境中的1H和13C核的独立的信号，这些信号可以根据公认的标准化合物为参考来记录，单位为ppm。

同样，119SnNMR为处在不同化学环境中锡原子给出的信号。

SnCl62－和SnBr62－NMR（四丁基铵盐形式）在－723ppm处只出现一个信号（以四甲基锡为参比物），而SnBr62－溶液的119SnNMR（四丁基铵盐形式）在－2064ppm处出现，将SnCl62－和SnBr62－按等物质的量混合得到的溶液在60℃测定，119SnNMR出现7个峰（下图）。

写出这一混合物中引起出现如下5个峰的含锡物种的化学式；

－912ppm；－1117ppm；－1322ppm；－1554ppm；－1800ppm。

冷却溶液将引起119SnNMR图谱发生变化，在－30℃时观察到有10个峰（下图）。

（10）画出在－30℃下引起在－1092ppm、－1115ppm、－1322ppm和一1336ppm处出现4个峰的含锡物种的结构式。

参考答案（39）